引言
作为AllInOne的智能化服务技术栈，UAVStack提供了非常全面的监控数据采样功能，同时支持数据监控与预警。近期，我们整合了原有的数据采集展示功能，新增JVM分析功能，推出了更易用的JVM监控分析工具。
熟悉JDK的开发者都知道，JDK本身提供了一套JVM分析工具，包括jinfo、jmap、jstack等。用户可以通过命令行轻松获取JVM内存堆栈信息、内存对象分配以及JVM启动基本参数信息。但这些工具需要在命令行环境中执行，且生产环境下则需要通过堡垒机转发。
开源社区一些不错的JVM分析工具也可以提供获取JVM基本信息、追踪堆栈、获取内存信息等功能，但同样需要命令行CLI的支持。
UAVStack推出的JVM监控分析工具提供基于页面的展现方式，以图形化的方式展示采集到的监控数据；同时提供JVM基本参数获取、内存dump、线程分析、内存分配采样和热点方法分析等功能。
一、架构
JVM监控分析工具基于UAVStack既有架构，整体分为前端、后台及中间件增强框架（MOF）。其中：
- 前端负责展示数据、向后台发送用户执行指令；
- 后台负责下发指令、响应用户查询、处理采集到的数据；
- 中间件增强框架（MOF）负责接收后台下发的指令、执行指令并返回数据或将数据写入文件，然后通过UAV提供的文件归集功能上送数据。
整体架构流程如下图所示：
二、关键技术
2.1 JMX
JMX提供相关接口，获取基础的JVM监控数据，如内存堆大小、GC情况等，是JVM监控数据的基础。
2.2 中间件增强框架（MOF）
作为分析工具整条链路的基础，MOF依附于用户应用，主要提供以下基础支持：
- 基础数据采集：MOF植入应用中，JMX定期获取并上报相关JVM的基本信息数据，为展示和预警提供数据基础。
- 请求捕获、指令执行：JVM监控分析工具的大多数功能都需要下发指令至应用所在的服务器。MOF负责把下发指令的请求拦截下来，执行并返回对应的结果。
2.3 Java Attach API
Java Attach API是由Sun提供的一套非标准API，可以将用户连接到运行中的虚拟机进程上，进行agent的挂载等操作。
在JVM监控分析工具中，Java Attach API主要用于Attach到虚拟机进程，进行如下操作：
- 获取JMX Connection：从外部获取JVMConnection，得到MXBean，抓取运行数据。（CPU采样分析）
- 获取VirtualMachine对象：调用接口，得到堆内存分布信息。（内存采样分析）
三、功能展示
3.1 基本监控
选择应用实例后即可进入基本监控页面。
该页面主要展示CPU使用率、线程情况、内存占用和GC情况。用户可以根据需求调整时间范围，查看不同时段的监控数据。
3.2 JVM摘要
JVM摘要页面显示当前虚拟机的基本参数信息，包括基本信息、JVM参数和系统属性。其中：
-基本信息包括pid、主机信息、启动参数以及JVM的启动时间等最基本、最重要的信息；
- JVM参数包括所有JVM启动参数，用户可查看指定的堆大小、垃圾回收器信息等；
- 系统属性包括写入System.Properties中的所有配置信息以及Javaagent的配置属性。
3.3 线程分析
线程分析通过执行jstack获取线程基本信息，并对输出结果进行分析，得到线程状态数量、有无死锁等信息。
3.4 内存Dump
内存Dump通过执行jmap获取指定JVM的堆栈dump文件。
用户可以便捷地在前端一键生成dump，不需要再登录堡垒机。点击“刷新”可以查看近期dump内存的操作记录。
3.5 CPU分析
CPU分析是基于线程栈的采样分析，主要提供两个功能：线程执行时间以及方法热点采样。
-线程执行时间是指线程在采样期间的活动时间。查询结果按照线程活动总时间排序，同时提供线程名称和线程执行时间信息，用户可据此判断应用的执行情况。
-方法热点采样统计所有方法的执行时间，提供方法的类名和方法名信息。其中，方法的自用执行时间不包括方法调用其他方法的执行时间。查询结果按照方法的自用执行时间降序排序，用户可以查看当前应用内部耗时较长的执行方法，判断应用是否异常、是否需要优化。
3.6 内存分析
内存分析是基于线程以及堆的统计采样分析，主要提供两个功能：每个线程的内存分配和堆内分配细节。
-线程内存分配提供每个线程的内存分配大小和线程名称等信息，按照内存分配大小降序排列。用户可查看当前占用内存较大的线程。
-堆内分配提供了各个类在堆内的分配实例数以及所占用的堆内存，按照堆内存大小降序排列。用户可把该功能当作简易的dump及分析工具，快速分析内存分配情况，发现内存分配问题。
总结
JVM监控分析工具是从监控、分析到展示的一体化工具。JDK自带的工具虽然也可以实现除CPU分析之外的其他功能，但不够便捷，也无法实现从采样、分析到图形化展示的一体化效果。JVM监控分析工具解决了开发人员没有线上应用堡垒机权限、无法分析采集到的数据等痛点，同时提供CPU与内存采样分析等功能，以较低的性能开销获取较为全面的JVM运行数据，帮助应用开发人员发现与分析问题，为应用开发优化提供参考依据。
UAVStack已在Github上开放源码，并提供了安装部署、架构说明和用户指南等双语文档。
官方网站：https://uavorg.github.io/main/
开源地址：https://github.com/uavorg
作者：张明明
首发于：UAVStack智能运维
